Проект модернизации одноковшового экскаватора с целью повышения производительности и экономической эффективности

width="303" height="100" align="BOTTOM" border="0" />

10. Расчет на прочность рукояти

Расчет ведем для случая копания грунта при помощи гидроцилиндра рукояти, т. к. нагрузки для этого случая возникают наибольшие.

Исходные данные.

В процессе копания в системе

ковш – гидроцилиндр ковша

рукоять – гидроцилиндр рукояти,

стрела – гидроцилиндр стрелы – шарниры поворотной платформы для закрепления стрелы и двух гидроцилиндров стрелы – имеют место следующие нагрузки:

– усилие на режущем контуре ковша, даН;

– усилие в гидроцилиндре ковша, даН;

– усилие в шарнире сочленения ковша с рукояти, даН;

– усилие в гидроцилиндре рукояти, даН;

– усилие в шарнире сочленения стрелы с поворотной платформой, даН;

– усилие в гидроцилиндрах стрелы, даН.

Для расчета прочности узлов рабочего оборудования давления в гидроцилиндре рукояти принимается постоянным. Значение усилий , , , , , , для девяти положений приведено в таблице раздела 6.

Для расчета рукояти принимается четвертое положение, а стрелы третье положение рабочего оборудования на траектории копания, где значение усилий минимальное (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1 – Схема действующих усилий в элементах рабочего оборудования

Для удобства расчета рабочее оборудование разбиваем на узлы: ковш, рукоять, стрела.

Произведем проверку на прочность сечений металлоконструкций рукояти.

Металлоконструкция рукояти во время копания подвержено одновременному воздействию на нее изгиба от сил и и кручения от , а также на нее действуют усилий растяжения и сжатия от сил . Изгибающий момент в любом из принятых для расчета сечений находим по формуле:

На рисунке 10.2 обозначены места расположения принятых для расчета сечении и направлении усилий и указаны также плечи и равнодействующих этих усилий относительно центра тяжести сечений. Значений, , и а также подсчет приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Расчетные данные

Сечение	Rτ, даН	LR τ, м		Pук, даН
I–I	6220	3,48	21600	21600	0,2	4340	17260
II–II		1,85	11500		0,5	10800	70

Крутящий момент для любого из выбранных для расчета сечения определяется по формуле:

где – плечо равнодействующей усилия , приложенного на крайнем режущем контуре ковша относительно центра тяжести сечения рукояти.

Изгибающее напряжение в любом из представленных для расчета сечений определяется по формуле:

где – момент сопротивления сечения изгибу относительно оси х-х;

Рисунок 10.2 – Расчетная схема системы ковш-рукоять

Момент сопротивления изгибу относительно оси х-х можно определить по формуле (рисунок 10.3 и 10.4).

где В - основные сечения с наружной стороны, см;

Н – высота сечения с наружной стороны, см;

b – основание сечения с внутренней стороны, см;

h – высота сечения с внутренней стороны, см;

Значения B, H, b, h и подсчет для всех сечений приводим в таблице 10.2.

Подсчет значений для всех сечений приводим в таблице 10.3.

Рисунок 10.3 – Схема сечения I–I

Таблица 10.2 – Геометрические параметры сечения

Сечение	B, см	Н, см	Н3, см3	ВН3, см4	b, см	h, см	h3, см3	bh3, см4	BH3-bh3, см4	6H, см	, см3
I–I	19	35	43000	815000	17	33	36000	612000	203000	210	968
II–II	19	24	14000	26600	17	22	11000	187000	79000	144	550

Таблица 10.3 – Действующие напряжения

Сечение		, см3	, МПа
I–I	1726000	968	178,5
II–II	70000	550	12,8

Рисунок 10.4 – Схема сечения II–II

Напряжение от кручения для всех сечений определяется по формуле:

где Wk – момент сопротивления кручению, см3.

Момент сопротивления кручению можно определить по формуле:

где d – основание сечения, см;

b – высота сечения, см;

– толщина основания, см;

– толщина высоты. см.

На рисунке 10.3 и 10.4 основание обозначено буквой В, а высота буквой Н, то формула приобретает вид:

Таблица 10.5 – Напряжение кручения в сечениях

Сечение		Wk, см3.		Примечание
I–I	180000	1455	12,4	-
II–II	180000	1060	17,0	-

Приведенное напряжение в сечениях по III теории прочности определяем по формуле:

Подсчет значений для всех сечений производим в таблице 10.6.

Таблица 10.6 – Определение приведенного напряжения

Сечение	, МПа	, МПа2	, МПа	, МПа2	, МПа2	, МПа2	, МПа
I–I	178,6	3200	12,4	154	616	32616	181
II–II	12,8	164	17,0	289	115	1320	36

Напряжение в сечениях с учетом регулирующих (или сжимающих усилий). Напряжение растяжения или сжатия можно определить по формуле:

где F – площадь сечений, см3.

Площадь сечений может быть определено формуле

Значения В, Н, b, h, а также подсчет значений F для всех сечений приведены в таблице 10.7.

Подсчет значений приведен в таблице 10.8.

Таблица 10.7 – Геометрические характеристики сечений

Сечение	B, см	Н, см	ВН, см2	b, см	h, см	bh, см2	, см2
I–I	19	35	665	17	33	560	95
II–II	19	24	455	17	22	374	81

Таблица 10.8 – Напряжение расстояний (сжатия)

Сечение	, даН	F, см2	, МПа
I–I	21600	95	221
II–II	21600	81	248

Приведенное напряжение в сечении с учетом растяжения (сжатия) можно определить по формуле:

Подсчет значений приводим в таблице 10.9.

Таблица 10.9 – Приведенные напряжения

Сечение	, МПа	МПа	МПа	МПа2
I–I	178,5	22,1	200,6	40500
II–II	12,8	24,8	37,6	1420

Сечение	МПа	МПа	МПа2	МПа2	МПа2
I–I	12,4	154	616	41116	202
II–II	17,0	289	1156	2576	50,5

Запас прочности по пределу текучести стали 1ОГ2С1 определяется по формуле:

Подсчет значений для всех сечений приведен в таблице 10.10

Таблица 10.10 – Коэффициент запаса прочности

Сечение		, МПа		, МПа	бр
I–I	380	181	2,1	0	1,87
II–II		21	18	50,5	7,4

Приведенный расчет показывает. Что запас прочности достаточен.

11. Расчет на прочность стрелы

Проведем проверку на прочность сечений металлоконструкций стрелы.

Металлоконструкция стрелы во время копания подвержена одновременному воздействию на нее изгиба от сил , и реакции в шарнирах , , а также растяжения (сжатия) от составляющих сил.

и – в и